Способ управления движением транспортного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа

/йЩ;, М Е ИЭОБРЕТЕНИ ИСА Н АВТ дстве му иИИстрой строоиз ель "ВН а манипуля тоКалмыков,тво ССС4, 1970ИЖЕНИЕМБОРТОВЫМТИПА(57) Изобрете управления дв средства с ба ющего как кол ные движители ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московское научно-прное объединение построитдорожному машиностроениюдормаш" и Ленинградский зительной робототехники иров(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ. ДВТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПОВОРОТОМ ГИДРООБЪЕМНОГО ие относится к способа жением транспортного товым поворотом, имесные, так и гусеничЦель изобретения -г улучшение управляемости транспорт ного средства. Управление движением транспортного средства осуществляют путем независимого изменения рабочих объемов насосов каждого борта при одновременном изменении частотывращения двигателя, приводящего во вращение входные валы насосов. При этом изменение частоты вращения осуществляют по определенному закону, связывающему рабочие объемы насосов с частотой вращения двигателя. Такое управление позволяет ограничить рабочие объемы насосов при маневрировании транспортного средства, что исключает перегрузку двигателя и его заглохание. В нейтральном же положении органов управления рабочими объемами насосов, когда рабочие объемы насосов равны нулю, число оборотов двигателя устанавливается равным значению числа оборотов холостого х да. 5 ил,1341 0 б 9 оставитель А. Барыкехред Л.Олийнык Тираж 558 НИИПИ Государственного ко по делаи изобретений и о 35, Москва, Ж, Раушск Подписно Заказ 18 оектная, 4 агород ра ическое предприятие венно-и рои актор Н. Швьщкая ета ССытийаб д Ю И 37 38 орректор А, Зимокос50 Изобретение относится к способамуправления движением транспортныхсредств с бортовым поворотом.Целью изобретения является улуч 5шение управляемости транспортногосредства;На фиг. 1 приведены схемы возможных вариантов движения транспортного средства с бортовым поворотом взависимости от изменения рабочих объемов насосов; на фиг. 2 " график, показывающий область возможных значений рабочих объемов, ограниченнуюимеющимся диапазоном изменения рабочих скоростей двигателя; на фиг,3 -график, показывающий область возможных значений частоты вращения двигателя в зависимости от рабочих объемовтранспортного средства; на фиг. 4 -схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 5 - схемамеханизма ограничения хода,Транспортное средство включает движители 1, 2 правого и левого бортов, 25приводимые от нерегулируемых гидромоторов 3 и 4, рабочая жидкость вкоторые поступает от регулируемых насосов 5 и 6. Для изменения рабочихобъемов насосов 5 и 6 они снабжены 30механизмами 7, 8 регулирования, которые кинематически связаны с тягами 9 и 10, величина и направлениеперемещения тяг 9 и 10 изменяетсяпосредством рулевой колонки 11. Регулируемые насосы приводятся во вращение от раздаточного редуктора 12,входной вал которого соединен с двигателем 13. Значения рабочих объемов насосов 5 и 6 контролируются датчиками 14 и 15, которые вырабатываютэлектрический сигнал положительнойполярности при работе насоса на нагнетание и отрицательный - при работена всасывание и прямо пропорциональ- .ный рабочим объемам насосов. Сиг. -налы с датчиков 14 и 15 поступают на. сумматор 16, в котором происходитсложение этих сигналов и на сумматор17, в котором происходит вычитаниесигналов. С выхода сумматора 16 абсолютная величина полученного значения поступает на вход умножителя 18с умножителем ее на 1/2. С выходасумматора 17 сигнал, представляющийсобой модуль разности текущих эначе 55ний рабочих объемов насосов, поступает на вход умножителя 19 с умножением его на Кэ/2, Далее с выходов обоих умножителей 18 и 19 сигналы поступают на входы сумматора 20, где происходит их сложение. С выхода сумматора 20 сигнал поступает на умножитель 21, где происходит его умножение на величину К. С выхода умножителя 21 сигнал поступает на усилительно- преобразовательный блок 22, вырабаты" вающий управляющий сигнал, поступающий на вход устройства 23 управления частотой вращения двигателя, выход которого связан с органом 24 изменения частоты вращения, Орган 24 изменения частоты вращения имеет нижний 25 и верхний 26 пределы изменения, Нижний 25 предел изменения соответствует минимально. возможной устойчивой частоте вращения двигателя. Эта час тота соответствует нейтральному положению механизмов 7 и 8 регулирования рабочих объемов, при котором значения рабочих объемов насосов равны "0". При достижении органом 24 изменения частоты вращения двигателя верх" него 26 предела вырабатывается сигнал соответствующим датчиком (не показан) предельной частоты вращения двигателя, который поступает на вход блока 27 стопорения тяг 9 и 10, Блок 27 стопорения имеет два выхода на механизмы стопорения, представляющие собой подвижные пластины 28 и 29, контактирующие с торцами тяг 9 и 10. Пластины снабжены штоками.30 и 31, установленными в направляющих. При этом механизм стопорения выполнен так, что при его срабатывании невозможно перемещение тяг 9 и 1 О в сторону увеличения рабочих объемов насосов, но возможно обратное их перемещение.Управление транспортными средствами с бортовым поворотом имеет характерные особенности, заключающиеся в следующем.Прямолинейное движение транспортного средства осуществляется посредством одинакового для насосов каждого борта изменения их рабочего объема и, т.е. при прямолинейном движении объем насоса одного борта равен объему насоса другого борта. При этом изменение рабочих объемов насосов осуществляют путем линейного перемещения органа управления рабочим объемом. Таким образом, линейное перемещение органа управления рабочим объемом насоса однозначно определяет исоответствующий ему рабочий объемИными словами при прямолинейном движении с = Й(х ) = с= Е(х ), но так как механизм управления рабочим объемом насосов, как и сами насосы каждого борта на машине одинаковы, тоих=х.Ианеврирование (разворот или поворот) осуществляют путем разнонаправленного или неравного перемещения органов управления рабочими объемами насосов относительно их нейтрального положения.Предположим, что транспортное средство движется прямолинейно и рабочие объемы насосов равны между со" бой, т.е. с 1,= ц. Пусть при повороте рабочий объем одного из насосов остается постоянным, напРимеР ц, а 2 О рабочий объем другого уменьшается. Несмотря на суммарное уменьшение рабочих объемов насосов мощность, зат" рачиваемая на разворот (т.е. загрузка двигателя), значительно увеличи вается. Это происходит за счет появления между движителем и грунтом сил трения скольжения. Это подтверждается как экспериментальными, так и те" оретическими исследованиями, Исходя из того, что мощность двигателя выбирается из расчета ее величины, необходимой для привода рабочих органов и прямолинейного движения транспортного средства, при максимальной разности рабочихобъемов насосов двигатель заглохнет. Если же мощность двигателя выбирать из условия ее максимальной величины, необходимой при маневрировании двигателя, то резко 4 О снижается коэффициент использования двигателя по мощности. Кроме того, в общем рабочем цикле время, затрачи-. ваемое на маневрирование, составляет незначительную долю. Поэтому колесные 4 машины с бортовым поворотом имеют двигатель, мощность которого рассчитана на привод рабочего оборудования и прямолинейное движение транспортного средства. Тем не менее на указанных машинах нет ограничения по рабочим объемам насосов во время маневрирования, что при маневрировании и вызывает перегрузку двигателя, неустойчивое движение транспортного средства и заглохания двигателя.Следует также отметить, что производительность бортовых насосов определяется не только их рабочи объемом но и частотой вращения входных валов, приводом которых является двигатель. Изменение частоты вращения двигателя связывают с изменением рабочих объемов насосов каждого борта и исходя из условия где и - текущее значение частотывращения двигателя;и - минимально возможная устойчивая частота вращения;и , - максимально допустимая частота вращения, двигателя;И - безразмерный коэффициент масштабирования, характеризующий используемый механизмпередачи перемещения от органов изменения рабочих объемов насосов к органу управления частотой вращения двигателя;К - коэффициент, характеризующий отношение приращениячастоты вращения двигателяЛп к соответствующему емуприращению положения органауправления частотой враще 4 пния двигателя Ьу.К. = -ф 1 зпфК - коэффициент, характеризующийотношение приращения линейного церемещения дх органаизменения рабочего объеманасоса к соответствующемуему приращению рабочего объдхема с 1 насоса К= 3фК - безразмерный коэффициент,характеризующий увеличениесопротивления движению приманеврировании по сравнениюс сопротивлением при прямолинейном движении транспортного средства;ЧЧ - текущие значения рабочихобъемов насосов.. Прямолинейное движение транспортного средства обеспечивается только в том случае, когда рабочие объемыцобоих насосов равны между собой. Транспортное средство с бортовым поворотом останавливается, когда рабочие объемы ц , о равны "О",. При этом движение вперед осуществляется в том случае, если насосы работают.на нагнетание, т.е, условно принимаем, что и, и ц имеют положительноезначение, При обратном движении (т,е,назад) транспортного средства насо 5сы работают на всасывание. В этомслучае значения ц, и иусловно приняты отрицательными. Такое допущениевполне согласуется с ходом тяг, воздействующих на механизмы изменения 10рабочего объема насосов относительноих нейтрального положения 0-0. Этодопущение тем более уместно, что рабочие объемы о , о 1 прямо пропорцио 1 фнальны ходам тяг 9, 10 х, и х, т, е.Ч,= ах,3 а 1= ах, где а - постоянныйкоэффициент пропорциональности. Такимобразом, при перемещении тяг 9 и 1 Овперед относительно нейтрали 0-0 величина перемещений х, и химеет положительное значение, а назад - отрицательное значение (фиг. 2).Маневрирование транспортного средства с бортовым поворотом (разводятна месте или поворот) осуществляетсятакже путем изменения рабочих органовобъемов насосов, при этом их рабочиеобъемы не равны между собой. Возможные варианты маневрирования и соответствующие им рабочие объемы насосов З 0приведены на фиг, 1,Сравним, например, вариант 1 прямолинейного движения и вариант 4 маневрирования. Допустим, что рабочиеобъемы насоса одного и того же борта,например ц равны между собой какпри прямолинейном движении, так и приманеврировании транспортного средства, Пусть маневрирование (в данномслучае движение вперед с поворотомнаправо по ходу движения) осуществляется путем уменьшения рабочего объемадругого насоса. Таким образом, при(фиг. 1, вариант 1), а при маневрировании цф= о ; и ф со , Несмотря на то, ф 5что сумма рабочих объемов при манев"рировании уменьшилась, мощность, затрачиваемая на движение транспортного средства, в этом случае возросла.Из теоретических исследований 50движения транспортных средств с бортовым поворотом, а также и из экспериментальных известно, что при маневрировании затраты мощности на привод движителя при одинаковой скорости 55движения существенно возрастают (в2-6 раз). При этом чем круче поворот,тем большую мощность должен развивать двигатель и при развороте наместе мощность двигателя должна бытьмаксимальной. Очевидно, что скоростьдвижения транспортного средства прямо пропорциональна расходу рабочейжидкости, проходящей через насосы.Расход прямо пропорционален рабочемуобъему насоса и числу оборотов егоприводного вала. Поскольку максимальная мощность, развиваемая конкретнымдвигателем, не может быть превышена,то при одном и том же известном значении максимальной мощности двигателя скорость движения транспортногосредства при маневрировании должнабыть меньше скорости прямолинейногодвижения, При этом скорость при маневрировании должна быть тем меньше,чем круче поворот,Имея характеристику используемого двигателя, знаем, что его максимальной мощности соответствует определенная. частота вращения коленчатого вала. Из изложенного ясно, чтопри максимальной мощности двигателяи максимальных рабочих объемах насосов скорость прямолинейного движениямаксимальная, При той же максимальной мощности скорость движения приманеврировании должна быть тем меньше, чем круче поворот, В противномслучае двигатель заглохнет, так какего мощность недостаточна. Крутизна поворота определяется разностьюабсолютных значений рабочих объемовнасосов (см. фиг, 1, варианты 6, 7,8, 9), Частный случай поворота - разворот на месте вокруг центра тяжести машины - осуществляется в том случае, если абсолютные значения рабочихобъемов насосов одинаковы, но с разными знаками, т,е. один насос работает на нагнетание, а другой - навсасывание. Естественно, что абсолютные значения объемов насосов вэтом случае должны быть существенноменьше объемов насосов при прямолинейном движении (при условии максимальной мощности, развиваемой двигателем).В то же время работая на максимальных оборотах двигателя, как этоосуществляется в известных машинахс бортовым поворотом, в начале движения, т.е. при трогании или при маневрировании, осуществляются резкиетолчки, замедления и ускорения транспортного средства. Это существенноухудшает управляемость, устойчивость движения и повышает энергетические затраты, т.е. снижает топливную экономичность.5На основании изложенного дополнительно к изменению рабочих объемов насосов каждого борта, осуществляемых при перемещении рукоятки управления, производят и изменение частоты враще ния двигателя, приводящего во вращение эти насосы.При этом изменение частоты вращения двигателя.или, что то же самое, изменение его топливоподачи производят в соответствии с предложенной зависимостью.Рассмотрим движение транспортного средства при наличии взаимосвязанного изменения объемов насосов и частоты вращения двигателяИногочлен, входящий в указанную зависимость и заключенный в квадрат 1 1 а+ь а -а 1 ные скобки--- + К- - -отражает все возможные варианты изменения рабочих объемов ц и ц насосов. Значение и лежит в пределах и (и с п и ограничивает область возможных значений ц, и о 30Решейие приведенного уравнения в его геометрической интерпретации приведено на фиг, 2, Плоскость, ограниченная ромбом АСВР, представляет собой область допустимых значений рабочих объемов насосов, анализ которой- 35 позволяет четко выделить возможные варианты движения транспортного средства, представленные на фиг. 1.Прямолинейное движение вперед осу 40 ществляется при равзщх объемах насосов. Это движение соответствует отрезку ОА. Все возможные значения рабочих объемов насоов в этом случае лежат на отрезке ОА. Прямолинейному движению назад соответствует отрезок ОВ, когда рабочие объемы имеют отрицательные значения и равны между собой. Зона 1 соответствует движению вперед с поворотом направо по ходу. Действительно, лежащие в этой зоне значения ц, всегда больше значений оЗона 11 соответствует движению вперед с поворотом налево по ходу, 55 так как все возможные значения рабочих объемов насосов, лежащих в этой зоне, соответствуют условию цц,. Зона 111 аналогична зоне 1 и отличается только направлением движения транспортного средства назад.,Зона 1 Ч аналогична зоне 11 и характеризует движение транспортного средства назад с поворотом направо по ходу движения.Зоны Ч и Ч 1 являются зонами допустимых значений рабочих объемов насо-. сов при развороте транспортного средства соответственно по и против часовой стрелки. Для этих зон характерной особенностью является то, что в них один насос работает на нагнетание, а другой - на всасывание, т,е. бортовые движители транспортного средства вращаются в противоположных нап-, равлениях, При различных абсолютных значениях рабочих объемов насосов разворот транспортного средства про" исходит относительно: точки, лежащей на прямой, перпендикулярной продольной оси симметрии и проходящей через центр тяжести. Разворот же транспортного средства относительно центра тяжести происходит в том случае, когда значения рабочих объемов бортовых насосов лежат на отрезке РС, т.е. на отрезке, представляющем собой геометрическое место точек, характе" ризующих равные по абсолютному значению рабочие объемы насосов.Границей допустимых значений рабочих объемов насосов является периметр плоской фигуры АВСР, который определяется используемой на транспортном средстве силовой установокой (двигателем) и значением коэффициента К. При этом параметром двигателя, определяющим границу допустимых значений рабочих объемов насосов, является число оборотов, например для двигателя внутреннего сгорания это будут минимальные устойчивые обороты холостого хода по и максимальные обороты исоответствующие номинальной мощности.Геометрическая интерпретация указанного выражения представлена на фиг. 3.Плоскость Я, параллельная плоскости цоц , пересекает ось и в точке, соответствующей максимально допустимым оборотам двигателя и . Область возможных значений числа оборотов двигателя представляет собой площадь, ограниченную боковой поверхностью пирамиды О,В,С, А,П, . При этом основа 1341069 10ние этой пирамиды А,С,В О, представляет собой проекцию четырехугольника АВСП на плоскость Я и в силу параллельности плоскостей Я и АСВЭ четы 5 рехугольник А,С В 0= АСВП. Для нахожденйя числа оборотов двигателя, соответствующего текущему значению рабочих объемов насосов, достаточно из точки К , лежащей на плоскостиФАСВЭ,;провести перпендикуляр до пересечения с боковой гранью пирамиды ОВ, СА,Э Длина отрезка К,К определяет число оборотов двигателя.Таким образом, при управлении дви жением транспортного средства с бортовым поворотом по предлагаемому способу осуществляется взаимосвязанное изменение рабочих объемов насосов и числа оборотов двигателя, которое в свою очередь однозначно определяет мощность двигателя. Таким образом, всегда осуществляется строгое соответствие между характером движения транспортного средства и потребляе мой при этом мощностью. Это и позволяет обеспечить достижение поставленной цели, т.е. улучшить управляемость транспортного средства и существенно повысить экономичность двигателя.Приведенное на фиг, 2 и 3 графическое решение зависимости между частотой вращения двигателя и рабочими объемами насосов при условии ограниченной частоты вращения двигателя в полной мере отражают физический смысл35 и изложенную логику движения транспортного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа, что подтверждает справедливость предлагаемого способа.Устройство, реализующее данный способ (фиг. 4), работает следующим образом.Управление движением и частотой вращения двигателя 13 осуществляется одновременно от одной рулевой колонки 11При перемещении тяг 9 и 10 осуществляется изменение положения механизмов 7 и 8 регулирования и пропорциональное ему изменение рабочих объе 50 мов насосов 5 и 6. Величина рабочих объемов контролируется с помощью датчиков 14 и 15, которые вырабатывают электрический сигнал, поступающии на элементы 16-21. Эти элементы выпол-55 няют математические операции над сигналами, поступающими с выходов датчиков 14 и 15 в полном соответствии с математическими выражением, заключенным в квадратных скобках предлагаемойзависимости, Далее сигнал поступаетна вход усилительно-преобразовательного блока 22 и далее - на устройство23 управления частотой вращения двигателя 13, Как только орган 24 изменения частоты вращения двигателя достигает верхнего предела 26, соответствующего максимальной частоте вращениядвигателя, сигнал с датчика предеЛьнойчастоты вращения (не показан) вырабатывает сигнал на срабатывание блока27 стопорения, который управляет механизмами стопорения. При этом происходит торможение штоков 30 и 31, Штоки 30 и 31 имеют возможность перемещения вдоль направляющих с некоторымзатормаживанием, препятствующим свободному перемещению штоков 30 и 31при движении транспортного средствас уклоном и ускорением. Штоки 30 и 31жестко связаны с опорными пластинами 28 и 29, которые контактируют сторцами тяг 9 и 10, Таким образом,перемещаясь, тяги 9 и 10 воздействуют на одну их пластин 28 и 29 (взависимости от направления перемещениятяг 9 и 10) и перемещают упомянутыепластины, Как только частота вращения двигателя достигает максимального значения, срабатывает блок 27стопорения и механизм стопорения зафиксирует штоки 30 и 31. Дальнейшееперемещение тяг 9 и 10 в данном направлении становится невозможным. Таким образом, по достижении максимальных оборотов двигателем дальнейшееувеличение рабочих объемов насосовстановится невозможным. т.е. становится невозможным дальнейшее увеличение нужной для движения мощности, Вданном устройстве однако имеется возможность обратного ходя тяг 9 и 10в сторону уменьшения скорости и крутизны маневрирования, что обеспечивается наличием механизма стопорения(фиг. 5). Он включает тормозные элементы 32, 33, воздействующие на штоки30 и 31, каждый из которых размещенсоответственно в направляющих 34, 35и снабжен жестко связанными с ним,соответственно упорами 36 и 37, подпружиненными элементами 38, 39, которыеподжимают штоки с пластинами 28 и29 к торцам тяг 9 и 10. При перемеще.нии тяг 9, 10 в ту или иную сторонуони своими торцами воздействуют наплакс К ЧюЧ 1 соответствующую пластину 28 или 29,перемещая штоки 30 или 31. При дос"тижении двигателем максимального числа оборотов с блока 27 стопорения по 5ступает сигнал на тормозные элементы32, 33, которые фиксируют положениештоков 30, 31. После этого перемещение тяг 9 и 10 становится возможнымтолько в обратную сторону, т,е. только в сторону уменьшения рабочих объемов насосов, а значит, и снижениячисла оборотов двигателя, Как толькочисло оборотов двигателя уменьшается,-блок стопорения отключает тормозныеэлементы и штоки 30, 31 вновь получают возможность перемещения. Положение упоров 36, 37, при котором онивзаимодействуют с торцами направляющих 34 и 35, соответствует нейтральному положению тяг 9 и 10,Формула изобретения Способ управления движением транс портного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа, при котором изменение скорости и направления движения осуществляют путем независимого изменения рабочих объемов насосов каждого борта и регулированием частоты вращения двигателя, приводящего во вращение насосы каждого борта, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения управляемости транспортНого средства, изменение частоты вращения двигателя осуществляют одновременно с изменением рабочих объемов насосов каждого борта, исходя из условия .40 ащас 1 .к, ,+За +1 чдГ пп=п,+ текущее значение частотывращения двигателя;минимально возможная. устойчивая частота вращения двигателя;максимально допустимая частота вращения двигателя;коэффициент масштабирования,характеризующий используемый механизм передачи перемещения от органов изменениярабочих объемов насосов .коргану управления частотойвращения двигателя;коэффициент, характеризующий отношение приращения частоты вращения двигателя 6 пк соответствующему ему приращению 6 у положения органауправления частотой вращения6 пдвйгателя К = -ду экоэффициент, характеризующий отношение приращения ли-,.нейного перемещения бх органа изменения рабочего объеманасоса к соответствующемуему приращению рабочего объ"бх,ема 6 Ч насоса К = -Й д 1 Фбезразмерный коэффициент,характеризующий увеличениесопротивления движению приманеврировании по сравнениюс сопротивлением при прямолинейном движении транспортного средства;текущие значения рабочихобъемов насосов.